高速铁路大跨连续梁桥土-桩基系统近断层地震动弹塑性响应分析

摘要

采用现行规范进行高速铁路桥梁抗震设计时，通常把桩基础设计为能力保护构件，认为破坏发生在桥墩位置。然而总结国内外近几十年的震害资料表明，不少的桥梁结构是因为桩基础的失效而导致结构的整体破坏。本文以兰宝客运专线中(72+120+72)米大跨连续梁桥东岔沟大桥为研究对象，对近断层地震、高速列车荷载作用下的“桥梁-土-桩基体系”动力响应进行分析和讨论。本文的主要研究内容如下:
　　(1)本文基于改进Penzien模型模拟桩—土相互作用，利用弯矩-曲率分析程序XTRACT计算桥墩、桩基截面的弯矩和曲率，在此基础上利用ANSYS有限元软件，以三跨连续梁桥为研究对象，建立高烈度区地震作用下的两种非线性全桥模型（一种是考虑桩土相互作用的桥梁模型;一种是不考虑桩-土相互作用的墩底固结的桥梁模型）。
　　(2)利用上述模型，分别输入脉冲型近断层地震动、无脉冲型近断层地震动和远断层普通地震动三种不同类型的地震动进行时程分析，并对比其作用下两种非线性模型的动力响应。得出考虑桩土相互作用后结构自振频率减小，周期延长，能够很好的避开地震的卓越周期，因此桥梁结构内力减小，但是长周期会导致较大的结构位移。
　　(3)基于高速铁路列车-大跨连续梁桥全桥模型，以近断层地震动为主要激励，采用非线性时程分析方法，研究横向地震动峰值加速度与峰值速度之比Ap/Vp、不同结构阻尼比对桥梁地震动力响应的影响，结果表明桥梁动力响应随着结构阻尼比的增大而减小。
　　(4)考虑竖向地震动的影响，采用竖向地震动峰值加速度与峰值速度之比Av/Vv及竖向与水平向加速度峰值比V/H两个参数，分析Av/Vv及V/H对桥梁地震响应的影响。

目录

摘要

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 近断层地震动研究现状

1．2．2 近断层地震动作用下桥梁结构的动力响应分析

1．3 列车与铁路桥梁相互作用研究概况

1．4 土一结构相互作用的机理

1．5 既有研究的不足

1．6 本文研究的主要内容

第2章 桩基-土-结构相互作用计算模型及分析方法

2．2．1 桩-土动力计算模型

2．2．2 桩-土-结构理论分析方法

2．3 桩一土相互作用的简化分析模型

2．3．1 改进的Penzien模型

2．3．2 改进后的Penzien模型参数确定

2．3．3 桩一土相互作用人工边界的模拟

2．4 列车车辆荷载列模型

2．5 桥梁动力分析模型

2．6 动力方程的建立与求解

2．7 地震动选取及输入

2．7．1 地震动特征

2．7．2 地震动选取

2．7．3 地震动的输入

2．8 本章小结

第3章 近断层地震作用下钢筋混凝土连续梁桥弹塑性响应分析

3．2 桥梁结构系统有限元分析模型的建立

3．2．1 桥梁结构有限元单元类型的选择

3．2．2 桥梁结构振动轨道系统激励

3．3 基于ANSYS软件的桥梁结构模型

3．3．1 工程概况

3．3．2 钢筋混凝土桥墩材料本构模型

3．3．3 桥墩、桩截面弯矩-曲率分析

3．3．4 桥梁结构有限元模型

3．4 桥梁模态分析

3．5 考虑桩土相互作用连续梁桥弹塑性地震响应分析

3．6 本章小结

第4章 不同参数对钢筋混凝土连续梁桥地震响应的影响

4．1 前言

4．2 Ap／Vp对城市轻轨桥梁动力响应的影响

4．3 竖向地震动效应的影响

4．3．1 竖向地震V／H对高速铁路大跨连续梁桥响应的影响

4．3．2 竖向地震Av／Vv对高速铁路大跨连续梁桥响应的影响

4．4 结构阻尼比对高速铁路大跨连续梁桥响应的影响

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 本文的主要工作及结论

5．2 本文的主要结论

5．2 存在的问题及相关震望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明